Інноваційна технологія перетворення матеріалів за допомогою світла
Вчені з Каліфорнійського технологічного інституту повідомляють про успіх у використанні лазерів для різкої зміни властивостей матеріалів без утворення надлишкового шкідливого тепла.
Майбутнє оптичної інженерії лише в одному кроці від нас. Вікна, які легко трансформуються в дзеркала, надшвидкі комп'ютери, що працюють не на електронах, а на світі. Все це може стати реальним завдяки використанню лазерів для швидкої та тимчасової зміни трансформації предметів. За словами дослідників, нова технологія дозволить змінювати електронні властивості матеріалів одним клацанням вимикача світла. Досі сучасні технології були обмежені проблемою, пов'язаною з тим, що лазери створюють занадто багато тепла в матеріалах. Перед вченими постало завдання зробити так, щоб матеріал, з одного боку, зазнав впливу дуже інтенсивного лазерного випромінювання, але взагалі не поглинав це світло з іншого. Проте, команда професора фізики Каліфорнійського технологічного інституту Девіда Хсі знайшла оптимальне рішення.
У своїх експериментах професор та його колеги використовували інтенсивні інфрачервоні лазерні імпульси, кожен тривалістю близько 10-13 секунд, щоб швидко змінити енергію електронів усередині матеріалу. В результаті матеріал перейшов з дуже непрозорого стану в дуже прозорий для певних кольорів світла. Для демонстрації інноваційного методу ідеальним став напівпровідник трисульфід фосфору марганцю. Він природно поглинає лише невелику кількість світла в широкому діапазоні інфрачервоних частот.
Дослідники кажуть, що ще найважливішим є те, що цей процес оборотний. Коли лазер вимикається, матеріал миттєво повертається у вихідний стан неушкодженим. Це було б неможливо, якби матеріал поглинув лазерне світло і нагрівся, тому що матеріалу потрібно багато часу, щоб розсіяти тепло. Маніпуляція без нагріву, що використовується у новому процесі, відома як «когерентна оптична інженерія».
Цей метод працює, тому що світло змінює різницю між енергетичними рівнями електронів у напівпровіднику, не переводячи електрони на різні енергетичні рівні, що призводить до виділення тепла. Як пояснює даний процес професор Девіда Хсі: «Наш лазер сильно змінює енергетичні рівні матеріалу, і це змінює властивості матеріалів, але електрони залишаються на місці». Отримані дані означають, що інші дослідники тепер потенційно можуть використовувати світло для штучного створення матеріалів, таких як екзотичні квантові магніти, які інакше було б важко або навіть неможливо створити природним шляхом.